长江上游坝下河道水沙运动与河床演变

第1章 绪论 1.1 长江上游河道基本情况 1.1.1 长江流域概况 长江发源于“世界屋脊”青藏高原唐古拉山脉主峰各拉丹冬雪山西南侧，海拔6621m，流域面积180万 km2，约占我国陆地面积的18.8%，干流流经青海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等11个省(自治区、直辖市)，于黄海与东海交汇处崇明岛以东入海，全长6300余千米，比黄河长800余千米，在世界大河中长度仅次于非洲的尼罗河和南美洲的亚马孙河，居世界第三位[1]。但尼罗河流域跨非洲9国，亚马孙河流域跨南美洲7国，长江则为中国所独有。 长江干流宜昌以上为上游，长4504km，流域面积约100万 km2，其中直门达至宜宾称金沙江，长3464km，宜宾至宜昌河段习称川江，长1040km。宜昌至鄱阳湖湖口为中游，长955km，流域面积68万 km2。鄱阳湖湖口以下为下游，长938km，流域面积12万 km2。长江干流各段有不同的名称。自青海省境内的上游源头至囊极巴陇当曲口，称沱沱河；当曲口至青海省玉树巴塘河口称通天河；巴塘河口至四川省宜宾市岷江口称金沙江；岷江口至湖北省宜昌市，因主要流经四川盆地，习称川江。宜昌市以下为长江中下游。其中，湖北省枝城至湖南省城陵矶河段，又称荆江；江西省九江市附近河段，称浔阳江；安徽省境内河段，称皖江；江苏省扬州市附近河段，又称扬子江。 长江水系发达。大小支流有 l万余条，除流经上述11个省(自治区、直辖市)外，还伸展于甘肃、陕西、贵州、河南、广西、广东、福建、浙江等8个省(自治区)。长江干支流在黄河流域、淮河流域与珠江流域之间构成一个非常庞大的水系。据统计，长江流域集水面积在1000km2以上的支流共有437条；在1万 km2以上的支流有22条[2]。长江流域湖泊众多，平原地区和高原山地均有分布。平原地区的湖泊都是淡水湖，总面积约22000km2。其中，鄱阳湖是我国**大淡水湖，面积达3500余平方千米；洞庭湖是我国第二大淡水湖，面积达2800余平方千米；太湖是我国第四大淡水湖，面积达2400余平方千米；此外著名的还有安徽省的巢湖和湖北省的洪湖等[3]。高原山地湖泊主要分布在青海、云南、四川、贵州等省，著名的有云南的滇池、程海，四川的邛海，川滇交界处的泸沽湖，贵州的草海等淡水湖，江源地区的叶鲁苏湖为高原咸水湖，高程5000余米。 长江流域的平面形态为东西长、南北短。流域范围，西以芒康山、宁静山与澜沧江水系分界；北以巴颜喀拉山、秦岭、大别山与黄、淮水系相隔；南以南蛉、武夷山、天目山等与珠江及闽、浙诸水系相邻[4]。 长江流域的地势取决于地壳升降运动的性质与强度。西部为强烈上升区，中部为中等强度上升区，东部为升降交替或以下沉为主的地区[5]。因此，流域内地势自西而东呈阶梯状降低，分属我国地形上的“三大阶梯”，即青藏高原、川西高原和横断山系，云贵高原、秦巴山地、四川盆地、鄂黔山地，以及长江中下游平原及其外围低山丘陵区。长江纵贯这“三大阶梯”入海，全江总落差约5400m。 长江水量丰沛，多年平均入海年径流量为9600亿 m3，占我国江河入海总水量的1/3以上，为全国之冠，在世界居第四位[6]。长江水量约46%来自上游(宜昌以上)；其次来自洞庭湖水系，约占18%；再次来自鄱阳湖水系，约占15%。干支流水量的年内分配，明显地分为汛期与非汛期。干流汛期(5～10月)水量占年径流量上游为79%～82%，中下游为71%～79%。 1.1.2 长江上游河道概况 在距今7亿年的元古宙，长江流域绝大部分地区为海水淹没。之后，长江流域经历了距今1.8亿年三叠纪末期的印支造山运动、距今1.4亿年侏罗纪的燕山运动和距今4000万～3000万年始新世的喜马拉雅运动，直至距今300万年前，喜马拉雅山强烈隆起等地质构造运动，在全球性气候条件作用下，形成了现在干流自西向东贯通、众川合一的长江水系。现今的长江水系分为上、中、下游三段。上游自源头至宜昌，长4504km，包括江源—通天河水系、金沙江水系和川江水系；中游自宜昌至鄱阳湖湖口，长955km，包括清江、洞庭湖水系、汉江、鄂东诸河等支流；下游自鄱阳湖湖口至长江口，长938km，包括鄱阳湖水系、皖江、巢湖水系、青弋江、水阳江、滁河、淮河入江水道以及太湖水系等支流。 1.江源 长江上游江源水系的正源沱沱河发源于唐古拉山脉各拉丹冬雪山西南侧，雪线海拔5820m，流经346km的高原河道，与南源当曲在囊极巴陇汇合。然后流经长278km的通天河上段，与北源楚玛尔河汇合，再流经长550km的通天河下段，直至玉树巴塘河口。自源头至楚玛尔河统称为江源段，再加上通天河下段及其全部支流，构成江源水系[7](表1-1)。 表1-1江源水系干流和主要支流情况 1)沱沱河 沱沱河全长346km，水流有东、西两支。东支出唐古拉山脉各拉丹冬雪山群西南后，由两条长度分别为12.8km和10.3km的大冰川绕行于海拔为6371m的姜根迪如冰川南北侧，两冰川融水出山后，分别流经3.8km和3.5km，汇合成东支水流。西支出自尕恰迪如岗雪山群，由主峰东南侧长8km的冰川，与其他冰川融水汇合，成为西支水流。两支水流汇合后流经长15km、宽3km的冰川槽谷河段，称为纳钦曲[8]。以上就是长江正源的源头水流。 水流穿过纳钦曲较宽的冰水砾石和峡谷急流河槽，整体流向朝北，流经雀莫错盆地，到达祖尔肯乌拉山，直至波陇曲汇口，全长126km。根据卫星照片判断，这段河道是沿一条南北向张性断裂发育的，但是在1976年之前出版的地图上均未标出这一河段，误认为沱沱河源头就位于祖尔肯乌拉山北麓。实际上，沱沱河贯穿了祖尔肯乌拉山，并在流经波陇曲汇口后，急转90°大弯，朝东偏南方向流经宽阔的沱沱河盆地。这段河道，沿程发育着宽窄不等的沙滩，直至沱沱河沿站，然后，在囊极巴陇附近与南源当曲汇合。 沱沱河的主要支流有10余条，其源头海拔均在5000～6500m，汇入沱沱河干流河道处，海拔4400～5200m。这些支流可谓“世界屋脊”上的河流，支流中*长的是扎木曲，长143km，流域面积3900km2；次长的是斜日贡尼曲，长118km，流域面积1668km2；第三位是波陇曲，长度和流域面积分别为80.6km和1349km2。这些支流地处青藏高原腹地，气候干寒，多风少雨，径流量都很小，使得沱沱河干流下游沱沱河沿站的年径流量为8亿多立方米。 沱沱河干流河道终年处于低温的环境，沱沱河沿站多年平均气温为–4.2℃，7月*热，平均气温7.5℃，1月*冷，平均气温–24.8℃，每年冻结期长达7个月，年平均降水量为283mm，降水集中在7～9月。气候条件控制着沱沱河干流河道的封冻和解冻过程以及水情的变化。沱沱河实测*大流量为750m3/s，*小流量为0，年径流量仅占通天河玉树直门达站的7.7%。 沱沱河流域内湖泊有2100余个。干流河道两岸有10个较大的湖泊，*大的为雀莫错湖，面积为88.2km2，第二、三位为玛章错钦湖和葫芦湖，面积分别为60.3km2和36.0km2。一般来说，多数湖泊均连通沱沱河，较大的内陆湖多为咸水湖，但离河不远，中隔高差不大的滩地。 沱沱河各主要支流的比降均很大，自1%左右至7%。沱沱河干流河道的比降也很大，但沿程逐渐减缓。波陇曲口以上的126km河段平均比降为5.4‰，以下进入沱沱河盆地为1.3‰。沱沱河干流河道的宽度沿程变化较大，在冰川以下的纳钦曲，散流的谷底宽达1.5km，峡谷段宽仅30余米；在雀莫错盆地河谷开阔，河床宽达3km。干流河道穿过祖尔肯乌拉山形成峡谷段，河宽又束窄为60m；在进入沱沱河盆地后，在保查曲口附近，河宽50余米，水深1.2m；在错阿日玛湖口，河床内有宽达数千米的沙滩，河槽宽仅50～60m，水深0.5～1.5m；在奔德错切玛口，沙滩宽为 l～2km，河槽宽35～40m，水深0.7～0.8m；在沱沱河附近为2～3汊的分汊河道，每汊河槽宽约30m，水深0.4～1.2m。 从水流情况来看，根据1978年7月考察时的实测资料，沱沱河南北侧冰川的平均流速为0.88～1.14m/s，*大流速接近1.7m/s，弗劳德数 Fr为0.44～0.56；在上段切苏美曲汇口附近、中段祖尔肯乌拉山口附近和沱沱河出口附近，河道的平均流速分别为0.87m/s、0.85m/s和0.84m/s，*大流速分别为1.24m/s、1.14m/s和1.04m/s，弗劳德数 Fr分别为0.51、0.45和0.32，显示出沱沱河干流河道随着比降的趋缓，流速和弗劳德数沿程递减的特性。 沱沱河干流河道的河型沿程是变化的。在源头冰川汇合后的纳钦曲，两侧有众多冰川融水呈树枝状注入，河中水流散布在宽达1.5km的冰水砾石河床中，河道呈宽浅散流形；河道遇到峡谷即束狭，水流归一，断面变得窄深，出峡谷后复又成为散流。在切苏美曲汇口附近，河道为分汊型。在雀莫错盆地中，河谷开阔，两岸众多支流汇口处均形成冰水冲积扇，干流河道在砂砾河床中呈山区网状或辫状河型。沱沱河在穿过祖尔肯乌拉山时，又形成峡谷段，河道束窄，水流集中。河道进入沱沱河盆地，河谷宽阔。在错阿日玛湖口附近，河床中形成宽达数千米的沙滩，干流河道开始变成滩槽比较分明的河型。以下随着河谷宽度不同，沙滩宽度沿程变化，但仍保持滩槽分明的河型。至沱沱河附近，河谷宽达10km，河谷中分布着堆积、基座和侵蚀三级阶地，河床宽500～600m。干流河道穿过青藏公路后逐渐成为分汊河道。之后，沱沱河与南源当曲汇合进入通天河。 宽谷游荡型河道在沱沱河普遍发育。河道流经开阔平坦的新生代断陷盆地，河谷宽达一二千米至十余千米，沿江两岸为平原和平缓低矮的丘陵或阶地，河漫滩宽度一般在1km以上。河床水流散乱，分汊甚多，沙滩栉比，变化频繁，分汊*多处达十余股，构成比降较陡、断面形态宽浅、具有游荡性或摆动性演变特征的网状或辫状河型。 江源宽谷游荡型河道的相关资料甚少。初步认为，沱沱河干流河道游荡性成因主要有以下几个方面：一是广阔而深厚的早更新世细颗粒湖相沉积，构成极为松散的河床边界；二是构造盆地内河谷开阔，比降变得较平缓(相对于峡谷窄段)，加之支流入汇，有利于砂砾堆积；三是高寒气候下形成厚达20～80m的多年冻土，表面季节融冻层仅 l～3m，使河流的下蚀作用受到限制；四是不均匀的径流作用以及融冻期河水漫流造成冰面的切割滩体。在上述各种因素的综合作用下，沱沱河干流河道成为深蚀受到限制、侧蚀作用强烈、断面非常宽浅、水流易于摆动、演变比较频繁的游荡型河道。 2)通天河 通天河自囊极巴陇至玉树巴塘，全长828km。其中，以楚玛尔河口为界分通天河为上、下两段。通天河上段长278km，连同北源楚玛尔河，属江源水系；通天河下段长550km，不属江源水系，但为江源向金沙江峡谷型河道过渡的河段，这里列为江源河道一并叙述。 通天河上段总体流向为北东向，河道沿程变化特点为宽谷段和峡谷段相间。自囊极巴陇以上14km开始，通天河流经巴颜倾山区形成长约10km的宽浅峡谷；河段出峡谷后进入一小盆地，河谷宽达4～5km；在勒采曲汇口以下，进入冬布里山区，又形成28km长的峡谷段；至牙哥曲汇口附近，河谷又逐渐开阔，谷底宽达 l～2km，在科欠曲以下，河谷宽达12km，直至楚玛尔河口。综上所述，通天河上段河道在横切区域构造时，往往形成峡谷，水流集中；而在顺应区域构造或盆地时，往往形成宽谷，水流分汊。通天河下段在楚玛尔河口以下约70km处有色吾曲汇入。色吾曲发源于巴颜喀拉山脉南麓，源头与黄河上游约古宗列曲、卡日曲等仅一山之隔。民国时期地理教科书提到的长江发源于巴颜喀拉山脉南麓，实际上系误指色吾曲。通天河下段在白拉塘附近，河谷展宽；在登额曲汇口以下，河道进入峡谷段，愈向下游河道愈曲折，沿岸均为峡谷峻岭，直至玉树巴塘河口。可见，通天河下段自楚玛